【正文】 method, the detection performance is also superior to the current method. Keywords: cognitive radio； weighted； spectrum sensing； judgement； 目 錄 第一章 緒 論 ............................................... 1 論文研究背景 .......................................................... 1 主要工作以及論文結(jié)構(gòu)安排 .............................................. 1 第二章 認(rèn)知無線電的概述 ...................................... 3 認(rèn)知無線電技術(shù) ........................................................ 3 認(rèn)知無線電的概念 ................................................... 3 認(rèn)知無線電的研究現(xiàn)狀 ............................................... 3 認(rèn)知無線電功能的演進(jìn) ............................................... 4 認(rèn) 知無線電技術(shù)的應(yīng)用 .................................................. 5 在 UWB 中的應(yīng)用 .................................................... 5 在 Mesh 網(wǎng)中的應(yīng)用 ................................................. 5 在 WRAN 中的應(yīng)用 ................................................... 5 認(rèn)知無線電的主要功能 .................................................. 6 檢測(cè) ............................................................... 6 分析 ............................................................... 6 調(diào)整 ............................................................... 6 推理和學(xué)習(xí) ......................................................... 6 第三章 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù) .................................. 8 認(rèn)知無線電的頻譜感知技術(shù) .............................................. 8 基于發(fā)射機(jī)的頻譜檢測(cè)技術(shù) ........................................... 9 基于接收機(jī)的頻譜檢測(cè)技術(shù) .......................................... 14 動(dòng)態(tài)頻譜分配 ......................................................... 15 功率控制 ............................................................. 16 第四章 合作頻譜檢測(cè)技術(shù) ..................................... 17 概述 ................................................................. 17 合作頻 譜感知的分類 ................................................... 18 中心式合作頻譜感知 ................................................ 18 分布式合作頻譜感知 ................................................ 18 基于外部節(jié)點(diǎn)的合作頻譜感知 ........................................ 19 數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則 ......................................................... 20 硬判決算法 ........................................................ 20 軟判決算法 ........................................................ 21 部分用戶合作 ......................................................... 22 第五章 基于加權(quán)的認(rèn)知無線電檢測(cè)融合技術(shù) ...................... 24 概述 ................................................................. 24 基于能量檢測(cè)的單認(rèn)知用戶檢測(cè)模型 ..................................... 24 合作檢測(cè) ............................................................. 25 基于加權(quán)的認(rèn)知無線電檢測(cè)融合技術(shù) ..................................... 25 加權(quán)合作方案 ...................................................... 25 加權(quán)合作性能 ...................................................... 26 仿真和結(jié)果分析 .................................................... 28 結(jié)束語 ..................................................... 30 致 謝 ..................................................... 31 參考文獻(xiàn) .................................................... 32 附錄 ....................................................... 33 南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒 論 論文研究背景 目前隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，可用頻譜資源變得越來越稀缺。認(rèn)知無線電是一種智能的無線通信技術(shù)，它能夠連續(xù)不斷地感知周圍的通信環(huán)境，通過對(duì)環(huán)境信息的分析 、理解和判斷，然后通過無線電知識(shí)描述語言 （ RKRL） 自適應(yīng)地調(diào)整其內(nèi)部的通信參數(shù)（如發(fā)射功率、工作頻率、編碼方式等）以適應(yīng)環(huán)境的變化。 論文的結(jié) 構(gòu)安排如下： 第 二 章闡述認(rèn)知無線電的概念、 研究現(xiàn)狀 、 應(yīng)用以及認(rèn)知無線電應(yīng)具備的功能 。 實(shí)際上 ， 認(rèn)知無線電技術(shù)是對(duì)頻譜資源從時(shí)間、空間和頻率等多維度的重復(fù)利用和共享。美國加州大學(xué)伯克利分校無線研究中心主要進(jìn)行認(rèn)知無線電物理層的設(shè)計(jì)研究，并且與柏林技術(shù)大學(xué)共同開發(fā) CORVUS項(xiàng)目，通過建立認(rèn)知無線電測(cè)試床對(duì)各種頻譜偵聽技術(shù)合和算法進(jìn)行試驗(yàn)仿真和性能分析。一種認(rèn)識(shí)的代表是以Mitola為首的瑞典皇家科學(xué)院，他們強(qiáng)調(diào)軟件定義無線電 (SDR, Software Defined Radio)是 認(rèn)知無線電 實(shí)現(xiàn)的理想平臺(tái)。針對(duì)頻譜利用率低的現(xiàn)狀， FCC提出采用 認(rèn)知無線電 技術(shù)實(shí)現(xiàn)開放頻譜系統(tǒng)，即合法的授權(quán)用戶（也稱主用戶）具有高的優(yōu)先權(quán)接入頻譜， 而具有 認(rèn)知無線電 功能的非授權(quán)南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 用戶（也稱次用戶或認(rèn)知用戶）可在對(duì)授權(quán)用戶不造成干擾的情況下機(jī)會(huì)接入頻譜。 隨著網(wǎng)絡(luò)密度的增大和服務(wù)要求吞吐量的提高，無線 Mesh網(wǎng)需要更高的處理能力。 更為困難的一點(diǎn)是 , 由于廣播電視用戶多為啞終端 ， 即僅僅完成接收功能。 推理和學(xué)習(xí) 由于當(dāng)前無線頻譜環(huán)境的復(fù)雜性 ， 簡單的檢測(cè)、推理和分析可能無法獲得較好的傳輸性能。 頻譜檢測(cè)的任務(wù)就是尋找合適的頻譜 空穴 并反饋至發(fā)送端進(jìn)行頻譜管理和功率控制。但由于信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)的條件受限，如果這些信號(hào)信息不準(zhǔn)確，該檢測(cè)方法的性能會(huì)受到很大影響，難以在實(shí)際環(huán)境中使用。但是 ,循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度較高。最后將得到的能量計(jì)算值與設(shè)置的門限相比較，超過判決門限，就認(rèn)為該頻段內(nèi)有主用戶的存在。 1 1 1j j j j j jV W V W W V? ? ?? ? ? ? ? （ 218） 其中， Wj是 Vj在 Vj+1空間的補(bǔ)，為第 j級(jí)小波空間，對(duì)應(yīng)于 2j+1△ω至 2j+2△南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ω的子頻帶。離散小波包變換能滿足這樣的要求。 （ 5） 高階統(tǒng)計(jì)量檢測(cè) 高階統(tǒng)計(jì)量檢測(cè)方法是一種基于高斯噪聲的奇次高階矩為零的原理對(duì)接收信號(hào)的奇次高階矩進(jìn)行加工形成檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，與門限比較來進(jìn)行二元判決的檢測(cè)方南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 法。但是在噪聲概率密度函數(shù)不對(duì)稱的條件下，該方法將不再適用。 （ 2） 本振泄露的檢測(cè) 現(xiàn)有射頻無線電系統(tǒng)中，接收機(jī)是基于超外差接收機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。因此目前基于 CR的 DSA的研究主要基于頻譜共 享池 (Spectrum Pooling)這一策略。但這種基于合作的方法強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整體有效性，必要時(shí)需犧牲局部性能。 無論是基于合作的方法還是基于規(guī)則的方法，大多是用來解決多個(gè)認(rèn)知用戶之間如何選擇頻譜以最大化利用率的問題。一種可行的方法是將測(cè)量到的主用戶接收機(jī)信號(hào)的本地信噪比 (SNR, Signal to Noise Ratio)近似為認(rèn)知用戶與主用戶間的距離，從而相應(yīng)的調(diào)整認(rèn)知用戶的發(fā)射功率。若不考慮競爭現(xiàn)象，可看作純合作對(duì)策，這樣該問題就簡化為一個(gè)最優(yōu)控制理論問題，但限制了問題的許多方面。由于多徑衰落和陰影效應(yīng)的影響，單認(rèn)知用戶檢測(cè)可靠性低，因此合作頻譜感知被提出。 合作頻譜檢測(cè)是相對(duì)于單個(gè)用戶的本地頻譜檢測(cè)算法而言的，參與合作頻譜檢測(cè)的認(rèn)知用戶都是采用基于主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法的。為了解決這個(gè)問題， 研究者們提 出先將各感知節(jié)點(diǎn)的本地判決結(jié)果量化成一位二進(jìn)制數(shù) (硬判決 )，接著只允許那些可信度高的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)將其本地硬判決結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)融合中心，然后由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步判決。由于分布式合作感知方法無需中心節(jié)點(diǎn)且硬件花銷小，因此，分布式合作感知方法要比中心式的合作感知方法更具優(yōu)勢(shì)。在這種頻譜感知方法中，外部代理節(jié)點(diǎn)執(zhí)行頻譜感知功能，并由它通過廣播的方式將頻譜占用的信息傳送給認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)。于是，這些認(rèn)知用戶便能利用從傳感網(wǎng)絡(luò)獲得的頻譜占用信息，選擇最優(yōu)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。軟判決在檢測(cè)性能上相對(duì)于硬判決有一定的提高，但是傳送原始的測(cè)量數(shù)據(jù)需要消耗大量帶寬，相對(duì)于性能上的提升，系統(tǒng)的代價(jià)就顯的過大了，因此硬判決相對(duì)于軟判決更適合于認(rèn)知無線電系統(tǒng)。使用該融合規(guī)則 ， 檢測(cè)概率 和虛警概率分別： ??? ni did PP 1 （ 33） ??? ni fif PP 1 （ 34） “與”融合規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)主用戶的干擾較低 ,缺點(diǎn)是頻譜利用率低 ， 單個(gè)節(jié)點(diǎn)的判決結(jié)果對(duì)整個(gè)協(xié)作判決影響較大。 (2) 似然比算法 似然比算法采用似然值作為檢測(cè)的依據(jù)是一種完全的軟判決算法。于是把一些不可靠用戶的檢測(cè)所得的結(jié)果忽略掉，采用部分合作的方法可以進(jìn)一步提高認(rèn)知系統(tǒng)的檢測(cè)性能的。采用固定虛警概率準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，即固定虛警概率 pf，且假設(shè)所有用戶的檢測(cè)器沒有差別，則單個(gè)用戶的虛警概率設(shè)定為 kfjf pp ??? 11,。由于能量檢測(cè)算法是非相干檢測(cè)，對(duì)相位同步要求不高，計(jì)算復(fù)雜度低，檢測(cè)時(shí)間短，實(shí)現(xiàn)簡單，所以對(duì)單個(gè)認(rèn)知用戶采用能量檢測(cè)。在 H0假設(shè)下，表示沒有主用戶出現(xiàn)， H1假設(shè)表示存在主用戶。 那么最佳部分合作的用戶數(shù)為 ),(maxarg1 MkpMk d?? ，即在給定的系統(tǒng)虛警概率條件下，使系統(tǒng)平均檢測(cè)概率最大的部分用戶數(shù)。高信噪比的用戶檢測(cè)性能較好。似然比檢測(cè)過程中 ， 每個(gè)認(rèn)知用戶檢測(cè)當(dāng)前頻段的信號(hào) ， 把檢測(cè)到的信號(hào)能量值轉(zhuǎn)化為似然比 ， 然后發(fā)送給處理中心 ； 處理中心根據(jù)每個(gè)認(rèn)知用戶的似然比